gis原理与应用总结

gis原理与应用总结（共6篇）

篇1：gis原理与应用总结

测绘与国土信息工程学院

评语：

成绩：

批阅签字：课程名称：开课学期：指导教师：班

级：学

号：姓

名：

课堂实验报告

地理信息系统教程 2017—2018第二学期

批阅日期：

实验报告一

ArcGIS软件认识

实验类型：验证性 实验学时：2 实验要求：（必修）

一、实验的目的与要求：

了解地理数据是如何进行组织及基于“图层”进行显示。认识ArcMap软件，熟悉其中工具箱、菜单栏的位置及使用方法。理解图层、属性数据的含义与操作方法。

二、实验软件及系统：

ArcGIS软件，Windows操作系统

三、实验内容及步骤：

（一）实验内容

1.了解地理数据是如何进行组织及基于“图层”进行显示。

2.认识ArcMap图形用户界面。

3.通过浏览与地理要素关联的数据表，了解地理数据是如何与其属 性信息进行连接的。

4.掌握GIS两种基本查询操作，加深对其GIS功能的理解。

（二）实验步骤

1.启动 ArcMap 执行菜单命令：开始→所有程序→ArcGIS→ArcMap 当出现ArcMap对话框时,点击“A new empty map”单选按钮，然后点击OK，将出现一个空白地图操作界面。

在ArcMap中进行各种操作时，操作对象是一个地图文档。一个地图文档可以包含多个数据框架，根据数据集依次形成数据框架。一个地图文档是存储在扩展名为.mxd文件中。

2.检查要素图层

执行菜单命令File→Open,打开用于练习的文件夹，打开.max文件，在ArcMap窗口的左边区域称为图层控制面板，地图显示以图层表示的几种地理要素，一个图层表示某种专题信息。图层控制面板右侧区域是地图显示区，显示的是图层控制面板中各图层的图形内容。

3.显示其他图层

显示图层中其他地图信息时，选中想要显示的信息的检查框，就会在地图显示区显示其内容。若要显示其他图层，右键点击目标图层，选择“激活”，即可显示该图层。

4.查询地理要素

在ArcMap中，通过在地图显示区点击某个要素就可以查询其属性。首先，应放大地图，这样可以更清楚地查看单个的要素，可以使用一个先前创建的书签，这个书签存储着包含某些地图信息的地理区域。

在工具栏上，点击查询按钮，在要查询的线要素上点击，即可打开其所有属性。通过在显示区内点击，可以继续查询其他的要素，点击“查询结果窗口”右上角的“X”结束查询。

5.检查其他属性信息

在浏览显示在图层列表（TOC）中某些图层的属性信息之前，要重置ArcMap地图文档的显示区域为原来的显示区域。地图显示区域可以通过地图书签来定义。地图书签是为了防止地图显示变得混乱，可以通过书签恢复到原来的显示区域和显示风格。在图层列表中，选中某个图层分项，然后右键点击，选择“打开属性表”，即可查看其属性。

6.设置并显示地图提示信息

地图提示以文本方式显示某个要素的某一属性，当保持将鼠标放在某个要素之上时，将会显示地图提示。使用地图提示是获取指定要素属性信息比较简单的一种方式。可以在图层属性对话框中设置，地图提示信息来自于数据表中的哪一个字段。在图层列表中，右键点击某个图层的名字，然后点击“属性”，在出现的属性对话框中，点击“显示”选项，通过设置主显示字段来设定地图提示信息的对应字段。可以指定任一个属性字段作为地图提示字段。默认情况下，ArcGIS使用字段“Name”作为地图提示字段。可以改变为其它的字段。

7.根据属性选择要素

有时，可能需要显示满足特定条件的哪些要素。执行菜单命令“选择”→“通过属性选择”。

在属性选择对话框中，可以构造一个查询条件。通过构造表达式，可以从数据库中找出要显示的要素，选中的要素将会在属性表及地图中高亮显示。

8.使用空间关系选择地理要素

执行菜单命令“选择”→“通过位置选择”，在“位置选择”对话框中，进行一个选择操作，形成一个表达式，选中检查框“对要素进行缓冲区操作”，点“应用”按钮，再点“关闭”按钮。可在地图显示区中高亮显示符合表达式的内容。

9.退出ArcMap 执行菜单命令File→Exit 关闭 ArcMap。点击 No，如果系统提示保存修改（save changes）。

四、实验体会与收获：

通过本次实验，初步了解了地理数据是如何进行组织及显示的，初步了解了ArcMap软件的界面构成，例如其工具栏、菜单栏的位置及使用方法，了解地理数据是如何与其属性信息进行连接的。了解并熟悉GIS中两种基本查询操作。

ArcMap软件非常强大，功能非常多，仅仅通过一次上机实验很难理解并掌握本次实验所学功能，因此，要在课下多多上机实践操作，以加深对其理解与掌握。

上机前准备：充分

不充分

未准备 上机考勤：

全到

缺

次 上机操作：

认真

不认真

实验计划：完成部分完成 未完成

实验报告完成情况： 全部按时完成，部分完成，基本未提交 实验报告撰写质量： 好 较好

差 其它：

综合评分：优

良

中

及格

不及格

实验报告二

Geodatabase空间数据库

实验类型：验证性 实验学时：4 实验要求：（必修）

一、实验的目的与要求：

1.目的

了解建立地理数据库方法（GeoDataBase）、加载空间数据方法并进行浏览(ArcMap)，掌握GeoDataBase数据库模型 2.要求

 针对焦作道路信息设计一个Geodatabase数据库  以教师提供的数据实现数据加载  实现空间数据浏览及元数据浏览

二、实验软件及系统：

ArcGIS软件，Windows操作系统

三、实验内容及步骤：

（一）实验内容

1.利用ArcCatalog管理地理空间数据库，理解Personal Geodatabse空间数据库模型的有关概念。2.掌握在ArcMap中编辑属性数据的基本操作。

（二）实验步骤

1、启动ArcCatalog 执行菜单命令，开始→所有程序→ArcGIS→ArcCatalog。

2、连接到文件夹 点击“连接到文件夹”，选择“实验二”。

3、新建数据库

右键点击连接到的文件夹，选择“新建”，点击“个人地理数据库”，新建一个个人地理数据库，命名为“焦作道路”。

4、新建要素数据集

右键点击新建的数据库，选择“新建”，点击“要素数据集”，命名为“山阳区”。按此方式新建多个要素数据集。

5、新建要素类

右键点击新建的要素数据集，选择新建，要素类。命名为“高速公路”，选择“线 要素”，点击“下一步”直至“确定”。按此方式新建多个要素类，分别命名为，一级公路，二级公路，三级公路，四级公路。

6、添加数据

右键点击“一级公路”，选择“加载”，加载数据。点击“下一步”，选中数据后，点击“添加”，点击“下一步”直至“完成”。

四、实验体会与收获：

通过本次实验，初步掌握了使用ArcCatalog查看与创建个人地理数据库，创建个人地理数据库需要有一个良好的规划，使得数据库看起来简易，数据不冗余，添加或删除数据时不会发生连带错误，因此，在本学习之外，还要对数据库的知识有初步的了解。总之，创建数据库操作较为简单，但若要创建一个高质量的数据库，还是有很大难度的，所以，在课下，还要多多学习数据库相关知识，以此学习创建更好的个人地理数据库。

上机前准备：充分

不充分

未准备 上机考勤：

全到

缺

次 上机操作：

认真

不认真

实验计划：完成部分完成 未完成

实验报告完成情况： 全部按时完成，部分完成，基本未提交 实验报告撰写质量： 好 较好

差 其它：

综合评分：优

良

中

及格

不及格

实验报告三

图形矢量化

实验类型：验证性 实验学时：2 实验要求：（必修）

一、实验的目的与要求：

1.目的

通过本次实验，使学生理解和掌握地理配准（Georeferencing）、自动矢量化（ArcScan）、手动矢量化以及基本数据编辑方法。2.要求

每位学生要掌握矢量化流程及基本数据编辑方法，并通过实际操作和总结，独立撰写完成实验报告。具体要求如下：

（1）利用地理配准（Georeferencing）实现栅格图像校正；（2）利用自动矢量化（ArcScan）完成等高线提取；（3）利用图形编辑完成部分等高线的手动矢量化；（4）掌握图形编辑、属性编辑、拓扑编辑的方法。

二、实验软件及系统：

ArcGIS软件，Windows操作系统

三、实验内容及步骤：

（一）实验内容

1、利用影像配准（Georeferencing）工具进行影像数据地理配准。

2、编辑器的使用（点要素、线要素、多边形要素的数字化）。

（二）实验步骤

1、启动ArcGIS：开始→程序→ArcGIS→ArcMap。

2、点击ArcMap主菜单View→Toolbars→Georeferencing，添加“Georeferencing”工具栏。

3、把本次实验的数据增加到ArcMap中，将“Georeferencing”工具栏中的Auto Adjust前对勾取消。

4、利用Tools中的放大、缩小、Pan等工具，放大拖放地图到合适位置，读取公里网格的交点坐标。

5、在“Georeferencing”工具栏上，点击“Add Control Point”。

6、使用该工具在扫描图上精确到找一个控制点点击，然后鼠标右击输入该点实际的坐标位置，输入X、Y坐标值。

7、用相同的方法，在影像上增加多个控制点，输入它们的实际坐标。点击“Georeferencing”工具栏上的“View Link Table”按钮。

8、增加所有控制点，并检查总体均方差（RMS）后，在” Georeferencing”菜单下，点击“Update Display”。

9、执行菜单命令“View”－“Data Frame Properties”，设定数据框属性。

10、出现Data Frame Properties对话框后，点击“General”选项，设置图像实际单位为“Meters”和显示单位为“Meters”。

11、在Data Frame Properties对话框中，点击“Coordinate System”选项，设置与扫描地图的坐标系一致的实际坐标系统。

12、点击“确定”后，更新为真实的坐标。

13、在“Georeferencing”菜单下，点击“Rectify”，对配准的影像根据设定的变换公式重新采样，另存为一个新的图像文件。

14、加载重新采样后得到的栅格文件，并将原始的栅格文件从数据框中删除。

15、打开ArcCatalog，在指定目录下，鼠标右击，在“New”中，选择“shape file”。

16、在弹出的“Create New Shapefile”对话框中，修改文件名“Name”，设置要素类型“Feature Type”为polyline。

17、设置新建Shape文件坐标系统，在“Create New Shapefile”对话框中点击“Edit”,在弹出的“XY Coordinate System”对话框中点击“Select”,选择与校正后底图一样的坐标系统。

18、切换到ArcMap中，将新建的线要素图层，加载到包含已配准地图的数据框中，保存地图文档。

19、如果工作底图为彩色图，无需改变图例，直接数字化。

20、打开“Editer”工具栏，在“Editer”下拉菜单中执行“Start Editing”。

21、选择前面创建的要编辑的“Shape file”，设置Target图层为新创建文件。

22、将地图放大到合适的比例下，沿着线段中心跟踪一条图斑边框线，当完成段线的矢量化操作后，在图层任意一点点击鼠标右键，选择“Finish Sketch”提交。

23、当需要接着编辑上一条线段时，移动数字化根据到准备连接线段的位置，点击鼠标右键，选择“Snap To Feature”。

24、配合使用Arcmap提供的编辑快捷键完成全图。

25、确定图层处在非编辑状态，在图层列表区右键点击文件名，选择“Open Attribute Table”，打开属性表。

26、在弹出的属性表下部点击“Options”，选择“Add Field”，添加相应的属性列。

27、进入编辑状态，选择目标图斑，点击右键，在弹出的快捷菜单选择“Attributes”，在属性对话框中点击文本栏，输入属性值。

28、输入完属性值后，点击“确定”保存，完成编辑，若要保存成果，点击“文件”→“保存”。

四、实验体会与收获：

本次实验主要进行了地理配准，自动矢量化，手动矢量化以及基本数据编辑等操作，都是平常会经常用到的操作，因此，本次实验意义很大，平常，我们获得的地图并不是全部都会带有坐标数据，这时，就要用到地理配准的功能，在地理配准时，要适当选取多个控制点，精确选取，控制好残差的大小，如果误差较大，将会对以后的工作产生较大的影响，学会编辑器的使用也具有巨大作用，尤其是在进行一些地图处理过程中，为了使地图更加精准，更加美观。总之，学习这些重要功能非常重要，所以，我们不应仅仅在课堂上学习，更要注重课下的学习，在平常勤加练习，切实掌握这些知识。

上机前准备：充分

不充分

未准备 上机考勤：

全到

缺

次 上机操作：

认真

不认真

实验计划：完成部分完成 未完成

实验报告完成情况： 全部按时完成，部分完成，基本未提交 实验报告撰写质量： 好 较好

差 其它：

综合评分：优

良

中

及格

不及格

实验报告四

选址分析与距离分析

实验类型：验证性 实验学时：4实验要求：（必修）

一、实验目的与要求

通过练习，帮助学生熟悉ArcGIS栅格数据的欧氏距离制图、数据重分类等空间分析功能，能够解决类似选址等实际问题。欧氏距离根据直线距离描述每个像元与一个源（分析目标）或一组源的关系。

新学校选址需要注意以下几点：结合土地利用数据，选择人口密集，距离现有学校较远的地址。

二、实验软件及系统：

ArcGIS软件，Windows操作系统

三、实验内容及步骤：

（一）、实验内容

1.加深对缓冲区分析和叠加分析基本原理、方法的认识； 2.熟练掌握ARCMAP缓冲区分析和叠加分析的技术方法。

3.掌握利用缓冲区分析和叠加分析方法解决地学空间分析问题的能力。

（二）、实验步骤

1、启动地图文档ex12ex12.mxd，激活 data frame1。

2、鼠标双击data frame1，在弹出的“Data Frame Properties”对话框的“General”标签中将“Map Unites”和“Display Units”改为 Meters，然后点击“确定”键关闭。

3、在主菜单中选用“地理处理-环境”，进行环境设置： 工作空间-当前工作空间：ex12temp 工作空间-临时工作空间：ex12temp 输出坐标系：与输入相同 处理范围：与图层道路相同

栅格分析/像元大小/如下面的指定：50 确定返回，完成初始设置。

4、选用菜单 Customize / Extension…，加载 Spatial Analyst，在菜单 Customize / Toolbars 下勾选 Spatial Analyst，调出空间分析工具条。

5、ArcToolbox中选用菜单 Spatial Analyst Tools / Distance / 欧氏距离Euclidean distance…，出现 Euclidean，distance参数设置对话框：

Distance to：现有中学 下拉选择图层名，消防站为距离的参照点

Output raster：school 键盘输入栅格数据名称，存放路径为初始化设置 Maximum distance： 不限定最大的计算范围，保持空白 Output cell size：50 默认，使用初始化设置 按 OK 键，产生离开现有中学的距离分布图。

6、选点击图层名 school，ArcToolbox中选用菜单 Spatial Analysis Tools / Reclass / 重分类Reclassify…，系统出现 Reclassify 对话框，点击 Classify…按钮，出现 Classification 对话框：

Method: Equal Interval 按等间距方式分类 Classes：4 共分 4 类

按 OK 键，返回 Reclassify 对话框，栅格数据被分为 4 类，还要按分析之前 确定的要求修改分类的间距：

Old Values（原来值）New Value（修改值）0 – 500 0 500 – 1000 1 1000 – 1500 2 1500 – 2200 3 在 Output raster 中规定文件名及输出路径，这里为 R_school，按 OK 键返回，系统产生新的分类图层R_school

7、ArcToolbox-Spatial Analysis Tools-密度分析Density – 核密度分析Kernel Density，继续设置：Input data：人口调查 选择图层名，得到人口调查样本点 Population Field：POPU 选择，该字段在“人口调查”要素属性表中

Output raster：GISex12temppopu_den 键盘输入栅格数据名称，路径按初始化设置

Output cell size：50 已经在初始化时设定，默认 Search Radius：800 计算密度时的搜寻半径

Area Units: SQUARE_MAP_UNITS 面积单位用地图单位的平方 按 OK 键，产生估计的人口密度分布图 popu_den。

8、ArcToolbox中选用菜单 Spatial Analysis Tools / Reclass /Reclassify…，出现 Reclassify 对话框，在 Input raster 下拉菜单中选择 popu_den，点击 Classify…按钮，出现Classification 对话框：Method: Equal Interval，Classes：4 按 OK 键后，返回 Reclassify 对话框，栅格数据被自动分为 4 类，再按要求 修改：

Old Values（原来值）New Value（修改值）0 – 0.005 0 0.005 – 0.01 1 0.01 – 0.02 2 0.02 – 0.03 3 在 Output raster 中指定产生栅格数据的名称及路径，这里名称为 R_popu，路径按初始设定，按 OK 键返回，系统产生新的分类图层“R_popu”。

9、鼠标右键打开 “Attribute of 土地使用”，可以看到该要素属性表有字段 LANDUSE，为每个多边形地块的规划土地使用性质，按城市规划专业习惯，土地使用分类编码的意义为：C：商业，G：绿地，M：工业，R1：一类居住，R2： 二类居住。选用菜单 ArcToolbox/转换工具Conversion Tools/ 转为栅格To Raster / Polygon to Raster…（矢量要素转换为栅格），系统出现 Polygon to Raster 参数设置对话框：

Input features：土地使用 选择图层名 Value Field：LANDUSE 选择字段名，该字段在“土地使用”要素属性表中，决定栅格单元取值

Output raster：/temp/ld_use 输入栅格数据名称，路径按初始设置 Cell assigment type：CELL_CENTER Cellsize：50 按 OK 键后，产生栅格状土地使用图层 ld_use。

10、ArcToolbox中选用菜单Spatial Analysis Tools / Reclass/Reclassify…，系统出现 Reclassify 对话框，在 Input raster 下拉菜单中选择 ld_use，在 Reclass field中下拉选择 landuse，表示对 landuse 字段进行重新赋值。注意，这里应直接修改New Values，具体操作如下：

Old Values（原来值）New Value（修改值）C（商业）1 G（绿地）0 M（工业）0 R1（一类居住）2 R2（二类居住）2 在 Output raster 中指定栅格数据名为 R_ld_use，按 OK 键，产生新的栅格图层 R_ld_use。

11、选用ArcToolbox/ Spatial Analysis Tools / 地图代数Map Algebra/栅格计算器 Raster Calculator，双击鼠标实现以下操作：“R_popu” * “R_ld_use” * “R_school”。

输出栅格：/GIS/ex12/temp/calc01，确定，产生栅格数据集calc01，ArcToolbox中选用菜单Spatial Analysis Tools/ Reclass /Reclassify…，继续设置： 输入栅格：calc01 重分类字段：Value 点击 Classify…按钮，出现 Classification 对话框： Method: Equal Interval Classes：2 按 OK 键后，返回 Reclassify 对话框，栅格数据被自动分为 2类，再按要求修改： Old Values（原来值）New Value（修改值）0 0 1 – 12 1 在 Output raster 中指定产生栅格数据的名称及路径，这里名称为 r_calcu，路径按初始设定，按 OK键返回，系统产生新的分类图层“r_calcu”。

12、选用菜单 ArcToolbox/ Spatial Analysis Tools / 地图代数Map Algebra/ Raster Calculator，出现 Raster Calculator 对话框，可供计算的图层名列在左侧图层选择框内，双击鼠标实现如下操作： “R_popu” + “R_ld_use” + “R_school” 输出栅格：/GIS/ex12/temp/calc02，确定，产生综合评价栅格数据集calc02。

13、选用ArcToolbox/ Spatial Analysis Tools / Map Algebra/ Raster Calculator，双击鼠标实现如下操作：“calc02” * “r_ccalcu”

输出栅格：/GIS/ex12/temp/calculation，确定，产生综合评价栅格calculation，调出calculation图层属性，进入Symbology，调整符号如下： 显示：Unique values Value field：value 确定，除道路、现有中学、calculation外，关闭其他图层。

14、栅格单元为整数时，自动产生栅格取值属性表，打开 Attribute of Calculation，可以看到栅格单元的汇总情况，table options/ Add Field，名称：SUM_AREA 类型：长整型 精度：8 OK，右击 SUM_AREA，选择Field Calculator，用鼠标和键盘在文本框内输入：[COUNT] *50 *50，OK返回，得到评价值的汇总结果。

15、方便下次练习使用，可以不选择保存，直接关闭退出即可。结果如图

四、实验体会与收获：

本次实验主要是进行新建中学的选址分析，在进行选址分析时，要考虑很多因素，恰恰反映出ArcMap软件的强大功能，在进行距离分析时，主要用到“欧式距离”，分类时用到“重分类”，分类数目与色彩搭配对于制出的图形的美观非常重要，因此，要考虑好分类数目与色彩搭配，本次实验大多数是分为四类，色彩方面主要选用较为柔和的色带。在以后实际生活或工作中，不仅仅是做学校选址分析，还会接触到各种待建物的位置分析，所以，我们要在课下多多花费时间练习，学好选址分析，举一反三，掌握各种待建物的选址分析操作。

上机前准备：充分

不充分

未准备 上机考勤：

全到

缺

次 上机操作：

认真

不认真

实验计划：完成部分完成 未完成

实验报告完成情况： 全部按时完成，部分完成，基本未提交 实验报告撰写质量： 好 较好

差 其它：

综合评分：优

良

中

及格

不及格

实验五 网络分析与空间查询

实验类型：验证性 实验学时：4 实验要求：（必修）

一、实验目的与要求

使学生理解网络分析的原理；熟练掌握网络分析方法，能够运用网络分析解决实际问题；熟练掌握空间查询方法。

1．加深对网络分析基本原理、方法的认识。2．熟练掌握ArcMap网络分析的技术方法。

3．结合实际、掌握利用网络分析方法解决地学空间分析问题的能力。

二、实验软件及系统：

ArcGIS软件，Windows操作系统

三、实验内容及步骤：

（一）、实验内容

1、加深对网络分析基本原理、方法的认识。

2、熟练掌握ArcMap网络分析的技术方法。

3、结合实际、掌握利用网络分析方法解决地学空间分析问题的能力。

（二）、实验步骤

1、打开ArcCatalog 在开始菜单中，点击“ArcGis”→“ ArcCatalog”

2、点击“连接到文件夹”，选中目标文件。

3、打开文件夹，点击“road.shp”,再点击“预览”，即可查看。

4、在预览中选择表，即可查看相关信息。

5、鼠标右键点击“road.shp”，选择“新建网络数据集”，点击“下一步”，直至点击“完成”。

6、打开ArcMap，打开刚刚的文件，双击“Data frame1”,在“常规”选项卡中，将“地图”与“显示”的单位改为“米”，点击“确定”，完成设置。

7、点击“自定义”→“扩展模块”，在“Network Analyst”前的框中打上对勾，点击“关闭”完成设置。

8、点击“自定义”→“工具条”，选择“Network Analyst”,调出Network Analyst工具条。

9、点击“添加数据”，选择刚刚新建的网络数据集“road-ND.nd”,点击“添加”，在弹出的窗口中选择“是”，然后点击“确定”，完成添加。

10、在“Network Analyst工具条”上选择“新建路径”，然后点击“创建网络位置工具”，用鼠标左键选择两个点，点击“求解”，即可得到两点之间的最佳路径。

11、点击“Network Analyst窗口”，调出窗口栏，点击“点障碍”，即可添加障碍，再次点击“求解”，即可求得最新的最佳路径。

12、类似上一步，点击“线障碍”，即可添加线障碍，点击“面障碍”，即可添加面障碍，再次点击“求解”，便可得到最新的最佳路径。

四、实验体会与收获：

本次实验主要是做最佳路径分析，在平常的一些实践中，获得到数据后，经常会做一些分析操作，如选址分析，最佳路径分析等等，通过本次实验，我掌握了利用ArcMap与ArcCatalog软件做最佳路径分析，做最佳路径分析时，要新建一个网络数据集，否则，将无法进行分析操作，路径分析作为分析操作的一种，有着很广泛的用途，因此，要多多练习，以熟练掌握。

上机前准备：充分

不充分

未准备 上机考勤：

全到

缺

次 上机操作：

认真

不认真

实验计划：完成部分完成 未完成

实验报告完成情况： 全部按时完成，部分完成，基本未提交 实验报告撰写质量： 好 较好

差 其它：

综合评分：优

良

中

及格

不及格

实验六 DEM空间分析

实验类型：验证性 实验学时：4 实验要求：（必修）

一、实验目的与要求

加深对DEM建立过程的原理、方法的认识；熟练掌握ArcMap中建立DEM、TIN的技术方法；结合实际、掌握应用DEM解决地学空间分析问题的能力。

1．Grid及TIN的建立

2．DEM的应用：地形指标的提取、提取等高线、地形表面的阴影图、可视性分析、水文分析。

二、实验软件及系统：

ArcGIS软件，Windows操作系统

三、实验内容及步骤：

（一）、实验内容

1．Grid及TIN的建立

2．DEM的应用：地形指标的提取、提取等高线、地形表面的阴影图、可视性分析、水文分析。

（二）、实验步骤

1、在视图目录表中添加并激活采样点层面feapt-clip1.shp。

2、执行ArcToolbox-3D Analyst Tools-Data management-TIN-Create TIN

3、在“Create TIN”对话框中，添加构造TIN的数据层，指定图层中的一个字段作为高度源（Height Source），设定三角网特征输入（Input as）方式。确定生成文件的名称及其路径，生成新的图层tin。

4、不规则三角网生成的等高线，在表面三角化中选择表面等值线，在图中出现相应的等值线。

5、在实际操作中要设置好等值线差距，在插值分析中选择反距离权重法，之后进行重分类，便可得到相应的结果。

6、在打开的3D分析的工具栏中，点击打开ArcSence,可以在上面进行三维显示，生成三维动画。

7、在属性中一定要进行在自定义表面上浮动的设置，在基本高度中，对楼房进行拉伸设置，即可实现快速三维建模。

四、实验体会与收获：

本次实验初次学习了建立DEM,TIN, 由采样点数据建立表面，由点、线数据生成TIN转为GRID，其中，在设置好等值线差距后，在插值分析中选择反距离权重法之后才可以进行重分类，这一步在操作中极易出错，实际操作中要设置好等值线差距，否则结果中便可能找不到几条等值线，在ArcSence中，一定要定义在自定义表面浮动，否则图形在图层的下方，不会起伏，本次实验细节部分还是较多的，因此，课下要多加练习以熟练操作。

上机前准备：充分

不充分

未准备 上机考勤：

全到

缺

次 上机操作：

认真

不认真

实验计划：完成部分完成 未完成

实验报告完成情况： 全部按时完成，部分完成，基本未提交 实验报告撰写质量： 好 较好

差 其它：

综合评分：优

良

中

及格

不及格

实验七 缓冲区分析与叠加分析

实验类型：验证性 实验学时：4 实验要求：（必修）

一、实验目的与要求

使学生理解缓冲区分析、叠加分析的地理学意义，掌握使用ArcGIS完成缓冲区分析、叠加分析的操作方法。

1.加深对缓冲区分析和叠加分析基本原理、方法的认识； 2.熟练掌握ARCMAP缓冲区分析和叠加分析的技术方法。

3.掌握利用缓冲区分析和叠加分析方法解决地学空间分析问题的能力。

二、实验软件及系统：

ArcGIS软件，Windows操作系统

三、实验内容及步骤：

（一）、实验内容

1.加深对缓冲区分析和叠加分析基本原理、方法的认识； 2.熟练掌握ARCMAP缓冲区分析和叠加分析的技术方法。

3.掌握利用缓冲区分析和叠加分析方法解决地学空间分析问题的能力。

（二）、实验步骤 1）、点数据的缓冲区分析

1、打开ArcMap

2、在ArcMap中新建地图文档，加载图层：point, StudyArea

3、打开Arctoolbox，执行命令“Spatial Analyst Tools”→“Distance”→“Euclidean Distance”，设置“Output distance raster”从而设置缓冲区栅格存放位置，并命名为“EDP”。

4、设置“Environment Settings”中“General Settings”中的“Extent”为“Same As layer StudyArea”。点击“OK”。2）、线数据的缓冲区分析

1、在ArcMap中，新建地图文档，加载line图层，将地图适当缩小。

2、打开Arctoolbox，执行命令“Spatial Analyst Tools”→“Distance”→“ Euclidean Distance”；

3、设置“Output distance raster”从而设置缓冲区栅格存放位置，并命名为“EDL”。

4、设置“Environment Settings”中“General Settings”中的“Extent”为“Same As Display”。

5、取消选定，对整个line层面进行缓冲区分析。3）、面数据的缓冲区分析

1、在ArcMap中新建地图文档，添加图层：polygon，进行缓冲区分析。

2、与创建线的缓冲区相同，先将地图适当缩小。

3、将设置“Environment Settings”中“General Settings”中的“Extent”设为“Same As Display”。

四、实验体会与收获：

本次实验主要进行缓冲区分析，在ArcMap中的众多分析工具中，缓冲区分析有着极其重要的作用，无论在实验还是平常的练习中，经常会用到缓冲区分析，例如，做一些水源污染防治，城市化影响范围，就需要用到缓冲区分析，缓冲区分析又分为三大类，点数据缓冲区分析，线数据缓冲区分析与面数据缓冲区分析，三者既相互联系，又有着区别，在实际工作中，往往会三者叠加使用，因此，课下要熟练掌握三种操作方法，切不可只了解其中一二。

上机前准备：充分

不充分

未准备 上机考勤：

全到

缺

次 上机操作：

认真

不认真

实验计划：完成部分完成 未完成

实验报告完成情况： 全部按时完成，部分完成，基本未提交 实验报告撰写质量： 好 较好

差 其它：

综合评分：优

良

中

及格

不及格

篇2：gis原理与应用总结

2010年11月14日，“GIS与空间分析在人文社会科学中的应用”学术研讨会在北京大学廖凯原楼政府管理学院134会议室举行。此次研讨会由北京大学科学与工程计算中心、北京大学中国区域经济研究中心、北京大学林肯土地研究中心、美国密歇根大学中国信息研究中心和香港中文大学太空与地球信息科学研究所共同组织，北大社科部部长李强教授、政府管理学院杨开忠教授、工学院陈十一教授任会议主席。研讨会由北京大学中国区域经济研究中心副主任沈体雁教授主持。来自不同高校、不同研究领域的近百名学者就GIS与空间分析在人文社会科学中应用展开讨论。

会议开始时，主持人北京大学中国区域经济中心沈体雁副教授谈到，近几年人文社会科学领域研究越来越关注空间问题，注重空间维度，使用空间信息技术和相关的方法。另一方面从上个世纪60年代地理信息系统技术开始出现和成熟以来，现在地理信息系统和相关的技术逐渐地从技术导向转向应用导向，越来越关注社会、经济、人文发展方面的问题。同时随着中国国家现代化，中国国家基础数据建设也变得越来越好，像第六次人口普查，还有两次经济普查，也为我们在人文社会科学领域里开展大数据量的空间综合研究提供了良好的基础。在此背景下，北京大学科学与工程计算中心、北京大学中国区域经济研究中心、北京大学林肯土地研究中心、美国密歇根大学中国信息研究中心和香港中文大学太空与地球信息科学研究所几个单位共同发起，召开这次“GIS与空间分析在人文社科中的应用”学术研究会，就大家共同感兴趣的主题和知识进行交流和分享。

鲍曙明：GIS在人文社科研究中的作用

“中国社会科学研究的发展与发达国家存在一定差距，主要原因是研究方法相对弱，很难得到可靠有效的数据。”研讨会第一个演讲嘉宾，美国密歇根大学信心中心的鲍曙明教授指出，传统的数据统计关注时间维度描述，忽视了其空间维度的认知与研究。近年来，随着地理信息系统及相关信息技术得到很大的发展，GIS有独特的地理空间定位、信息管理、查询、分析能力，灵活的制图方式和强大的可视化表达能力，可以为人文社科的研究提供技术支持，从而建立了一个跨越人文与社会科学的空间综合研究平台。鲍曙明教授还介绍了GIS在环境与公共卫生、人口迁移与区域发展、自然灾害损失评估及湖泊生态环境研究等诸多领域的运用。

SusanHaynie：GIS对人口分布动态的分析

AlteryX公司代表SusanHaynie女士认为传统统计方法忽视了空间维度，在人口迁徙等问题上出现了很大的困难，并以AlteryX公司对GIS的应用为例，指出利用GIS技术和空间分析，可以对人口分布进行动态的研究，推动了地理人口统计的发展。

萧今：GIS使统计进一步精确化成为可能

“统计更多是一种抽象思维，用省级这样大范围的统计单位，经济社会发展的地区差异很难表现出来。”香港中文大学副教授萧今从统计单位的角度介绍了GIS技术的运用给社会科学研究带来的进展。萧今副教授与其他学者合作，应用空间分析方法，细化义务教育发展

研究单位，基于县级数据发现义务教育公共支出的省内差异大于省间差异。萧今副教授认为随着GIS在社科领域的进一步应用，统计的进一步精确化将成为可能，从而推动社会科学的发展。

柴彦威：GIS运用与时间地理学

北京大学城市与环境学院柴彦威教授重点介绍了GIS在时间地理学上的运用。他谈到，时间地理学关注时空坐标系下对个人或群体的连续活动以及所面临的制约条件，其发展离不开对数据的精确分析。利用GIS这种技术手段，可以对个人时空行为精确的定位计算，数据采集更精细，同时也实现了对数据的可视化分析。基于这些数据，建立个人或群体活动的分析平台，可以推动时间地理学的发展，在城市交通、旅游规划上都有重大的意义。

赵作权：球面空间统计分析

中国科学院科技政策管理研究所的赵作权教授从球面空间统计做了详细的介绍。他说，“球面空间统计的方法和应用，最主要的问题是空间分布和时空的过程常常面对的问题非常复杂，所以用基尼系数和其他一两个指标的方法导致空间信息大量的流失。”赵作权教授表示。“另外一个问题是空间分析要转变成空间统计涉及到抽样的问题，平时研究包括的遥感数据都是观测的数据，没有经过抽样或者没有经过实验的，空间分析如果转变成空间统计，让空间统计更加具有统计学的特点就要分析在观测数据中变成抽样的数据或者是直接用抽样数据。”

杜世宏：佛教寺庙和土地利用变化分析

西藏地区佛教流行，寺庙和居民活动点跟土地利用变化关系密切。北京大学地球与空间学院杜世宏副教授，基于点和面的方法在此方面做了详细讲解。“为什么佛教寺庙会影响土地利用变化？”鲍曙明教授提出疑问。“这个工作分两部分来做，它的关联是探索性的，暂且不能下结论，如果从因果关系下结论的话必须考虑更多因素，比如道路、水系、地形气候，后面有数据库的问题，目前还没有完整的结论。西藏地区95%是佛教信徒，寺庙早在几百年前就已建立，已蕴含了丰富的文化习惯。”杜世宏副教授解释。

沈体雁：中国经济密度格局分析

北京大学中国区域研究中心沈体雁副教授做了关于中国经济密度格局分析的报告。他谈到，“对经济普查的数据进行空间的处理，基于空间数据研究空间就业密度分布变化以及相关政策，可以了解中国各区域、各城市的就业与GDP分布情况和发展规律。通过两次经济普查数据表明，中国过去几年里就业容纳增长最快的是制造业和建筑业。沈体雁副教授指出，若要研究就业的中心体系或者多中心的体系，首先要研究中国经济重心城市，然后，再扩大范围进行研究。

会上，张俊妮副教授、孙铁山博士和肖昱博士也做了精彩的演讲。

最后，北京大学中国区域经济研究中心主任杨开忠教授和密西根大学鲍曙明教授对会议做了总结和评述。

杨开忠教授高度评价了会议的意义和价值。杨教授认为此次研讨会在目前阶段非常有意义，确实能够为社会科学、公共政策和工商管理带来一些新的数据和新的方法，同时也为人文社会科学和公共政策在理论和模型中更好的考虑空间因素提供非常好的支撑。杨教授还提出开放和包容的研究氛围，他提到，研究需要更加开放，更加包容，欢迎更多的社会科学家加入到新的空间综合当中。

在总结中，鲍曙明教授表示此项研究还需要从多方面解决存在的缺陷：“方法层面上的研究稍微肤浅了一点”；“专业面稍微窄了一点，大家所做的东西都局限在自己的专业角度，技术性的比较多”；“研究角度往往就事实本身的讨论比较多”。希望以后能够突破这些研究的瓶颈。

篇3：gis原理与应用总结

1 确定培养目标

结合该校“立足地震行业, 面向社会”的战略目标, 该校培养的测绘学生是可在地震行业中立足, 同时更主要的是面向社会的大众化需求, 因此培养的学生要具备扎实的测绘理论知识、掌握测绘工程专业技能、具备实施地形变形测量、变形监测、精密工程测量等测绘工程的设计、实施及管理等能力, 能在地震监测预报、灾害防御、国家基础测绘、国家资源调查、城市规划与管理等部门从事设计、实施、管理等方面的厚基础、重实践的应用型人才。而随着计算机技术、RS技术和GPS技术的发展, 在掌握了基本测绘理论和方法的基础上, 如何实现测绘信息的有效集成和应用, GIS成为其实现信息集成的首选工具。因此, 《GIS原理及其应用》作为测绘工程专业的必修课, 是测绘专业学生在未来发展的必然需求。

2 教学中存在的问题

2.1 非GIS专业先修课程差异

地理信息系统是传统科学与现代技术相结合而诞生的边缘学科, 因此它明显地体现出多学科交叉的特征;而测绘科学是一门研究如何确定地球的形状和大小及地面、地下和空间各种物体的几何形态及其空间位置关系的科学。两个专业教学目标有很大不同, 但又有所交叉。测绘科学为地理信息系统提供高精度的空间数据, 保证了空间数据的精度和质量, 以及地理信息系统产品的开发;地理信息系统为测绘科学成果的有效集成提供了良好的解决方案。由于专业特色的限制, GIS专业在前期的理论基础学习中开设关于计算机和地理学的课程, 如数据库系统概论、计算机图形学、自然地理学、人文地理学等课程, 这些课程的开设为接下来的GIS原理及其应用的学习奠定了理论基础。计算机学提供了GIS学习的软、硬件知识;地理学作为GIS的理论依托, 为GIS提供引导空间分析的方法和观点。而在测绘工程专业的人才培养方案中, 《GIS原理及其应用》课程开设缺乏一定的前期理论支撑, 这使得测绘专业的《GIS原理及其应用》的教学内容与教学方法并不适合沿用GIS专业所采用的教学内容和方法, 要根据测绘专业的特点调整其教学内容和教学方法, 以便更适应于测绘专业学生的学习和掌握。

2.2 教学内容多, 实践课时少

在现行的本科教学培养方案中, 明确限制总学时数不超过2500学时, 而在测绘专业基础课等不被压缩的前提下, 测绘专业开设GIS课程的学习, 其学时安排是48课时, 还包含了不少于8课时的实践课时, 而GIS本科专业学习中, 其学时的安排一般为64课时。在课时明显压缩的前提下, 要想较好地完成《GIS原理及其应用》的教学, 必须对现行教学内容、方法和安排做出调整。由于GIS的学习具有较强的理论和实践相结合的特点, 调整后的GIS学习必须保证理论和实践课时的饱满, 这样才能保障学生学习的效果。

3 教学改革的措施

3.1 侧重学科交叉, 注重GIS思维的培养

由于地理信息系统的多学科交叉特性, 在测绘专业的GIS教学过程中, 侧重强调测绘专业与GIS的交叉性, 突出GIS学习与测绘专业的紧密性, 将GIS的学习定位到测绘专业体系内。在教学过程中, 注重讲授GIS的基本理论、常用空间方法、应用模型等内容, 这些是初次接触GIS的学生必须了解和掌握的知识;在教学内容的安排上, 注重地学理论与工科技术的交叉, 培养学生独立解决实际问题的能力, 使学生遇到问题时能够以GIS的思维方式进行问题的抽象与表达, 并在后续工作中善于应用所学和所知道的测绘技术、GIS理论进行数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示。这个过程既考察了学生对所学技术的掌握程度, 又注重培养了学生运用GIS思维对空间数据集成的应用, 使学生能够更加真实了解测绘与GIS集成在解决实际问题的优势, 并在解决问题的过程中对所学理论与方法有更深刻的理解。

GIS作为一个辅助决策工具, 教学过程中突出GIS解决问题的思路, 同时将涉及到的其他学科知识作为解决问题中的一个环节, 加强学生自学意识, 学会问题的分解与表达, 构建适合于地理信息分析和表达的应用模型, 以此达到解决问题的目的。

3.2 合理安排课程, 理论和实践分层次实现

长期以来, 高校普遍存在的一种教学模式就是任课老师讲-学生听, 学生处于被动接受的地位, 这种传统的教学模式, 在理论知识传授的系统性和完整性方面有一定的优势, 但其在实践性较强的学科教学中的不足也显而易见。首先, 学生遇到问题, 解决问题的积极性没有被调动起来;其次, 不能将理论知识和实践操作很好的结合在一起;最后, 没有经过学生思考和实践过的理论是无法在工作中得到很好应用的。基于这些问题, 首先在课程安排上做出调整, 将《GIS原理及其应用》安排在第五学期, 在这门课的学习过程中, 主要侧重基础理论的学习, 如GIS的基本概念、基本构成、基本功能、发展历史、数据结构、空间分析方法等。同时对涉及到的测绘专业知识给予重点提示, 加深对测绘专业基础知识的掌握, 突出GIS多学科交叉的特点。在安排的8课时实验中通过对Mapinfo9.5的学习, 让学生对GIS解决问题的基本思想有所认识, 即通过对现实世界的抽象, 到计算机世界的存储, 对数据空间数据结构以及存储有一个系统的认识。这学期完成学习后, 学生对GIS的基本理论知识、常用空间数据结构、以及空间数据获取与测绘技术的结合已有一个清晰的认识, 即达到GIS理论教学目标。由于学时有限, 但又强调GIS实践应用的重要性, 在第六学期安排一门《GIS软件应用》, 以ESRI公司的Arc GIS作为实践平台, 弥补GIS理论学习中实践不足的问题, 在GIS软件应用这门课中, 所有的实验以案例的方式提出, 要求学生给出应用到的相关理论知识和解决方案, 并通过动手实验达到解决问题的目的。

3.3 巩固理论知识, 多种考核方式相结合

在考核方式上, 《GIS原理及其应用》采用“平时成绩 (10%) +实验报告 (20%) +期中考试成绩 (20%) +期末考试成绩 (50%) ”的方式。平时成绩主要是通过作业和课堂表现获得;实验报告是对学生动手能力的考察;期中考试主要是在课程中期对学生进行测试, 对学生起一个督促作用;期末考试则是对学生理论知识最终掌握情况的检验。采用上述考核方式, 能较好地反映学生对知识的掌握情况, 以及在分析问题、解决问题等方面的能力。

4 结语

《GIS原理及其应用》是测绘工程专业的一门必修基础课, 该课程学习对后续《GIS软件应用》的学习及学生今后的就业和深造影响深远。该文首先介绍了该课程在测绘工程专业培养目标中的地位, 并分析了现行教学中存在的问题, 在此基础上提出了教学改革的具体措施:1) 侧重学科交叉, 注重GIS思维的培养;2) 合理安排课程, 理论和实践分层次实现;3) 巩固理论知识, 多种考核方式相结合。以此不断提高教学水平, 及时了解学科发展动态, 掌握学生对专业知识的需求, 从而及时对教学内容和教学方式进行调整和完善。

摘要：《GIS原理及其应用》是测绘工程专业一门重要的专业必修课。该文对目前该课程在测绘专业教学中存在的诸多问题进行了深入分析, 在此基础上, 结合该院测绘工程专业的培养目标, 对该课程在教学内容、教学方法、考核方式等方面进行了改革探讨, 加深学生对GIS的基本理论、基本方法和基本技能的理解, 特别突出GIS实践的重要性, 以期提高《GIS原理及其应用》课程的教学效果和教学质量, 培养适应社会经济发展, 具有创新精神和实践能力的高素质专业人才。

关键词：GIS原理及其应用,教学,改革,实践,考核

参考文献

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[5]孙广通, 宋萍, 刘小阳.《普通测量学》课程教学改革探讨[J].科技信息, 2 0 1 3 (36) :26.

篇4：gis原理与应用总结

关键词：地理信息系统；配电网生产管理；信息技术；GIS

中图分类号：TM769 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）35-0053-02

GIS的全称是Geographic Information System，也叫做地理信息系统，是对地理空间的数据进行管理的一门学科，可以进行数据的提取、研究、筛选、处理、统一管理等。近几年，GIS的应用发展趋势迅速猛烈。以实际应用和技术方面来讲，它是可以处理地理空间的一种手段、一种工具；以科学的方面来讲，它是基于地理学、测量、地理勘察、计算机等多种学科理论之上的一门教学，是有其独有的教学体系的学科；以作用方面来讲，它是一种可以进行提取、存储、导入、输出数据等功能的应用；以系统方面来看，它是具有完整体系的，包括功能运行等结构的系统。电力网是一种特殊的网络，其拥有独立的空间基础，而GIS的应用，可以有效地提高电力网运行的稳定性，保证供电的安全性及可靠性，并可以大大提高处理故障问题的效率。本文从以多个角度进行分析，深入研究分析GIS在电网中应用的衔接情况，以便使GIS技术有效地融入电网的应用中。

1 GIS系统的技术问题

1.1 B/A/S技术

在JZEE技术结构的服务体系中，需以其应用系统以及服务环境为基础进行网络技术平台的搭建。概念上没有过多的变化，所以技术架构的形式上没有太多的差异，而在技术的部署中，应用运行的差异过大。前期需要深入地对当前广泛应用的几种架构模式进行分析取长补短，进行系统平台的技术方面的构建。

系统中的表示层以及应用技术层的概念是应用MVC的结构完成的，而系统模型中的缺点是应用EJB的形式进行替换。EJB的应用是依据持久层的形式，将其处理的参考对象与系统中数据库的参考对象替换。通过这种方法，将各个系统优点的平台聚集，另外还可以进行版块的分类等多种功能，例如数据资料和业务信息的分类、业务信息和系统功能分离，实现了各个版块的的松散藕合，将系统内的服务领域和关系领域的版块联系一起，在不影响系统内业务版块应用的前提下可以进行数据的修改，可以及时地更改业务逻辑。

1.2 C/A/S技术

在应用以J2EE为标准框架的B/A/S技术来完成系统中图形及系统功能时，是具备相应的技术实施风险的，但是新建立的系统可以完全发挥系统优势特点的作用，所以，我们利用C/A/S技术作为系统图像处理的方法。

C/A/S在实际的应用中具备多种优势和特点：可以有效避免各种应用先进技术后引起的技术实施风险；在应用以J2EE为标准框架的B/A/S技术的三层结构进行系统图像处理中运行稳定后，才自动将与B/A/S并行的瘦客户端逐步退出；在系统初步运行时，大量的数据会影响系统运行的速度以及系统运行稳定性，C/A/S技术可以解决这种问题的发生；客户端三层结构分为表示层、应用层以及数据层，C/A/S技术将这三层结构运用逻辑分层的形式划分。

客户端的三层结构图像功能的架构：数据层的架构包含两方面，有Oracle数据库以及Smallworld VMDS的空间数据库；应用层架构的作用是对系统的引擎以及系统网络拓扑引擎提供绘制需要的图形，通过这种方式绘制图形完成系统的引擎，同时，数据层提供相关的地图数据的传送。应用层依据系统拓扑引擎，为全部配电网系统提供有效的拓扑分析数据的支持。应用层在整体的服务功能中可以完成网络权限的管理、网络界面的管理以及功能模块插件的管理等；客户层的作用是在基于数据层和应用层的运行下，向整个客户端提供专业全面的应用。

2 GIS的总体系统架构

应用GIS的配电网管理是一个一体化、系统化的系统，其系统架构主要包括配电网的数据资源管理模式、配电网的运行管理模式、配电网调度运行的管理模式、电力生产的管理模式、安全调控的管理模式等。依据我国的电力规范要求和本地电力企业实际情况，配电网系统的应用在以J2EE为标准框架的基础之上，采用B/A/S的多层次系统结合C/A/S一体化系统为主的系统运行平台，此系统的运行平台的架构分为系统表示层、系统应用层、系统数据层，其中应用层包括中间件、电网应用的逻辑概念、数据应用持久模板。这种相结合的配电网体系，是基于国家的规范条例以及公司的要求下完成的，不但符合规范要求，而且符合本地安全生产信息系统在配电网系统中应用的需求和技术发展需要，与此同时，这种系统将电网的服务资源、数据资源充分利用，避免造成过多的网络负荷，提高了整个网路、系统运行的稳定性和可靠性，在客户端维护方面简化了应用程序，易于操作。

3 GIS系统的硬件架构

电力企业在对电网的数据管理中是采用集中式的管理模式。在电网的运行中会形成各种运行信息，根据侧重不同，可以分为运行信息、空间数据信息、实时信息三大类型。配电网的集中管理模式就是将以上信息进行摄取、传送至市级的配电网数据中心，将多种信息进行分类、处理、储存等管理。配电系统的硬件架构是以数据中心为根本，围绕数据中心建立电力应用管理的平台，硬件设施是数据中心的服务器、应用中心的服务器、WEB服务器。

对服务器功能的要求是，其必须具有可以提供大量的访问工作的能力，但是服务器的处理能力是现阶段的瓶颈。若客户端的访问量出现过大的情况，超过了服务器的负载压力数，那么就会导致服务器无法响应或相应延迟出现宕机的情况。因此，我们分析单台服务器无法承载过多客户端连接，一般情况下，普通的服务器在运行时处理能力每秒最多只能完成几十万个请求，不能完成每秒更多的服务器请求。但如果将多个普通的服务器组成集群，并且使用软件负载均衡技术把各项请求平摊给集群内的服务器，即可以实现系统每秒完成更多的服务请求。

4 结语

根据以上论述，通过GIS系统的概念简述、技术应用解析以及管理系统硬件的介绍，把GIS技术融入进配电网的系统管理中，有机地联系GIS与配电网系统，使配电网的实时运行状态在GIS中以图像的形式展示出来，以便详细地了解配电网中运行的各项情况与数据情况。若出现电力故障，将通过GIS及时展现，便于我们针对其相应的环节制定解决办法，保证供电的稳定性及安全性。GIS整体的应用和运行有效地提高了电力系统的故障解决能力，保证了电力的可靠性。

参考文献

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支撑平台的关键技术研究与应用[J].电力勘测设计，

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篇5：《单片机原理与应用设计》总结

第一章 单片机概述

在一块半导体硅片上集成了中央处理单元（CPU）、存储器（RAM/ROM）、和各种I/O接口的集成电路芯片由于其具有一台微型计算机的属性，因而被称为单片微型计算机，简称单片机。单片机主要应用于测试和控制领域。

单片机的发展历史分为四个阶段。1974—1976年是单片机初级阶段，1976—1978年是低性能单片机阶段，1978—1983年是高性能单片机阶段，期间各公司的8位单片机迅速发展。1983至现在是8位单片机巩固发展及16位、32位单片机推出阶段。单片机的发展趋势将向大容量、高性能、外围电路内装化等方面发展。

单片机的发展非常迅速，其中MCS-51系列单片机应用非常广泛，而在众多的MCS-51单片机及其各种增强型、扩展型的兼容机中，AT89C5x系列，尤其是AT89C51单片机成为8位单片机的主流芯片之一。

第二章 89C51单片机的硬件结构

89C51单片机的功能部件组成如下：8位微处理器，128B数据存储器片外最多可外扩64KB，4KB程序存储器，中断系统包括5个中断源，片内2个16位定时器计数器且具有4种工作方式。1个全双工串行口，具有四种工作方式。4个8位并行I/O口及特殊功能寄存器。

89C51单片机的引脚分为电源及时钟引脚、控制引脚及I/O口。电源为5V供电，P0口为8位漏极开路双向I/O口，字节地址80H，位地址80H—87H。可作为地址/数据复用口，用作与外部存储器的连接，输出低8位地址和输出/输入8位数据，也可作为通用I/O口，需外接上拉电阻。P1、P2、P3为8位准双向I/O口，具有内部上拉，字节地址分别为90H，A0H，B0H。其中P0、P2口可作为系统的地址总线和数据总线口，P2口作为地址输出线使用时可输出外部存储器的的高8位地址，与P0口输出的低8位地址一起构成16位地址线。P1是供用户使用的普通I/O口，P3口是双向功能端口，第二功能很重要。

89C51的CPU包括运算器和控制器，其中运算器包括ALU、累加器A、位处理器、程序状态字寄存器PSW及两个暂存器。控制器包括程序计数器、指令寄存器、指令译码器、定时及控制逻辑电路等，其主要任务是识别指令，并根据指令的性质控制单片机个功能部件。

89C51的存储器空间分为程序存储器、内部数据存储器、特殊功能寄存器、位地址空间及外部数据寄存器。外部数据存储器与外扩的I/O口统一编址。89C51复位后程序存储器PC的内容为0000H，P0—P3口为FFH，SP为07H，程序从0000H开始执行。5个中断源的中断入口地址为：INT0是0003H，T0是000BH，INT1是0013H，T1是001BH，串行口为0023H。通常在这5个中断入口地址处都存放一条跳转指令条向中断服务程序。

89C51的时钟信号有内部时钟方式和外部时钟方式两种，指令的执行是以时钟周期为时序基准，12个时钟周期为一个机器周期。

第三章 89C51的指令系统

89C51的寻址方式有7种。

1、寄存器寻址方式，即操作数在寄存器中。例如：MOVA,Rn2、直接寻址方式，指令中直接以单元地址的形式给出操作数，该单元地址中的内容就是操作数。例如：MOVA,40H3、寄存器间接寻址方式，寄存器中存放的是操作数的地址，为区别寄存器寻址和寄存器间接寻址，在寄存器间接寻址方式中应在寄存器名称前面加前缀“@”。例如：MOVA,@Ri;i=0或

14、立即寻址方式，即直接在指令中给出操作数，为与直接寻址中的直接地址加以区别，在立即数前加“#”。例如：MOVA,#40H5、基址寄存器加变址寄存器间接寻址，用于读程序存储器中的数据到累加器中。以DPTR或PC作为基址寄存器，以累加器A作变址寄存器并以两者内容相加形成16位地址作为操作数的地址。例如：MOVCA,@A+DPTR6、位寻址方式，位寻址指令中可以直接使用位地址。例如：MOVC，40H7、相对寻址方式，目的地址=转移指令所在地址+转移指令字节数+rel;其中rel是一个带符号的8位二进制数补码数，范围为-128~+127。

89C51指令系统共111条指令，按功能分为5类：

1、数据传送类（28条）。

2、算术运算类（24条）。

3、逻辑操作类（25条）。

4、控制转移类（17条）。

5、位操作类（17条）。

第四章 89C51汇编语言程序的设计与调试

汇编语言语句有两种类型：指令语句和伪指令语句。指令语句汇编产生指令代码。伪指令语句是在汇编语言源程序中向汇编程序发出的指示信息，告诉它如何完成汇编工作的。伪指令不产生相应的机器代码。

汇编语言语句的四分段格式：标号字段：操作码字段 操作数字段 ；注释字段

注：符号$用于表示该转移指令操作码所在地址，例如：JNB F0,$

常用伪指令：ORG汇编起始地址命令，END汇编终止命令，DB定义字节命令，DW定义数据字命令，EQU赋值命令

汇编语言程序设计步骤：

1、分析问题确定算法 2,、根据算法画程序框图

3、分配内存工作区及有关端口地址

4、编写程序

5、上机调试

汇编语言程序的基本结构分：顺序结构、分支结构、循环结构、子程序、中断服务子程序。

各类程序设计简介：

1、子程序，是一种能完成某一特定任务的程序段。

注：（1）子程序子程序第一条指令前必须有标号

（2）两条子程序调用指令：绝对调用指令ACALL addr11;长调用指令LCALL adder16

（3）子程序结构中必须用到堆栈，但现场保护与恢复不是必须的（4）子程序返回主程序最后一条指令必须是RET2、查表程序，查表就是根据自变量x，在表格中寻找y，使y=f(x)；两条查表指令为：MOVCA,@A+DPTR和MOVCA,@A+PC3、关键字查找程序，有两种（1）顺序检索，要检索的表是无序的。（2）对分检索，要检索的数据表已排好序，按对分原则取数进行关键字比较。

4、数据极值查找程序，在指定数据区中找出最大值或最小值。

5、数据排序程序，将一批数按降序或升序排列。最常用的排序算法是冒泡法。

6、分支转移程序设计，分无条件分支转移和有条件分支转移。有条件分支转移程序又分单分支选择结构和多分支选择结构。

7、循环程序，分循环计数控制结构和条件控制结构

第五章 89C51的中断系统

89C51有5个中断请求源，具有两个中断优先级，可实现两级中断服务程序嵌套。5个中断源为：

（1）/INT0—外部中断请求0。

（2）/INT1—外部中断请求1。

（3）定时器/计数器T0计数溢出中断请求。

（4）定时器/计数器T1计数溢出中断请求。

（5）串行口中断请求。

中断请求标志位分别有特殊功能寄存器TCON和SCON的相应位锁存。TCON为定时器/计数器的控制寄存器，字节地址88H，可位寻址。

SCON为串行口控制寄存器，字节地址98H，可位寻址。

IE为中断允许寄存器，字节地址A8H，可位寻址。

IP为中断优先级寄存器，字节地址B8H，可位寻址。注：在同时收到几个同一优先级的中断请求时，哪一个中断请求能优先得到响应取决于内部的查询顺序。外部中断0中断级别最高，串行口中断级别最低。

响应中断请求的条件：

（1）总中断允许打开IE=1；

（2）该中断源发出中断请求；

（3）该中断源中断允许位=1；

（4）无同级或更高级中断正在被服务；

在一个单一中断系统里，89C51单片机对外部中断请求的响应时间在3~8个机器周期。外部中断请求有两种触发方式：电平触发方式和跳沿触发方式（负跳变）。但跳沿触发方式，输入的负脉冲宽度至少要保持一个机器周期。

中断响应的撤销：两个定时器计数器的中断请求及外部中断跳沿方式的请求是自动撤销。电平触发的外部中断请求，其中断请求标志自动撤销，中断请求信号的低电平需自己处理。串行口中断请求的撤销只能使用软件方法。

第六章 89C51的定时器/计数器

89C51内有两个16位的硬件增1定时器/计数器T0、T1，分别由特殊功能寄存器TH0、TL0，TH1、TL1构成。都具有定时器、计数器两种工作模式及四种工作方式（方式0~3）。其中特殊功能寄存器TMOD用于选择T0、T1的工作模式和工作方式。TCON用于控制T0、T1的启动和停止计数，同时包含T0、T1的状态。TMOD、TCON均由软件来设置。计数模式是对加在T0(P3.4)和T1(P3.5)两个引脚上的外部脉冲进行计数。定时模式是对单片机的时钟信号经片内12分频后的脉冲计数。

TMOD字节地址89H不能位寻址。其中M1、M0为工作方式选择位，00—方式0为13位定时器/计数器。由TLx的低5位和THx的高8位构成。11—方式1为16位定时器/计数器。10—方式2为8位自动重装定时器/计数器。11—方式3，仅适用于T0，此时T0分成两个8位计数器TL0、TH0，T1停止工作，TL0可计数/定时，TH0被固定为一个8位定时器（不能作为外部计数模式）。

注：T0处于工作方式3时，T1可定位方式0~2，用来作为串行口的波特率发生器，或不需要中断的场合。

定时器/计数器工作于计数模式时，输入信号产生负跳变时计数值增1。外部输入的计数脉冲的最高频率为系统震荡器频率的1/24。

注：在读运行中的定时器/计数器的计数值时，应先读THx，后读TLx，再读

THx，若两次读得的THx相同，则读得正确。

第七章 89C51的串行口

89C51单片机片内有一个可编程的全双工的异步通信串行口，它有两个物理上独立的接收发送缓冲器SBUF，共用同一个字节地址99H。它有四种工作方式，波特率可通过软件设置片内的定时器/计数器控制。串行口的控制寄存器有两个SCON、PCON。SCON中的SM0、SM1两位为工作方式选择位，00—方式0，同步移位寄存器方式（用于扩展I/O口）。01—方式1，8位异步收发，波特率可变（由定时器控制）。10—方式2,9位异步收发，波特率为fosc/64或fosc/32。11—方式3,9位一步收发，波特率可变（由定时器控制）。PCON中的SMOD位为波特率选择位。89C51的串行口用于串行通信时要占用定时器T1作为波特率发生器。

多个89C51单片机可利用串行口进行多机通信。串行口控制寄存器中的SM2位即为多机通信控制位。方式2和方式3中的第9位数据在多机通信和双机通信奇偶校验中很重要。

根据89C51的双机通信距离和抗干扰性的要求可选择TTL电平传输，或选择RS-232C、RS-422A、RS485串行接口进行串行数据传输。

第八章 89C51单片机扩展存储器的设计

89C51采用的是程序存储器空间和数据存储器空间分开的哈弗结构。最大可分别外扩64KB的存储空间，其中I/O接口芯片中的寄存器也作为数据存储器的一部分。

要进行系统扩展首先要构造系统总线，按功能常把系统总线分为3组，地址总线、数据总线、控制总线。以P0口作为低8位地址/数据总线，以P2口作为高8位地址线，形成16位地址线，可寻址64KB范围。控制信号线有引脚/PSEN、/RD、/WR、ALE、/EA。

为使外扩存储器空间分配时一个存储器单元对应一个地址，实地址不发生重叠以避免数据冲突就需要考虑存储器的地址空间分配问题。89C51必须进行两种选择：一是“片选”，二是在片选基础上进行“单元选择”。实现片选有两种方法：线性选择法和地址译码法。常用译码芯片有74LS138（3-8译码器）、74LS139（双2-4译码器）、74LS154（4-16译码器）。在外扩存储器的接口设计中，89C51单片机与存储器的连接就是地址线与地址引脚，数据线与数据引脚的连接，关键要做好控制线的连接。

89C51单片机P0口数据线和低八位地址线，为将它们分离出来须在单片机外加地址锁存器，如74LS373、74LS573。

只读存储器简称ROM，程序存储器的扩展使用比较多的是EPROM、EEPROM。EPROM的典型芯片是27系列产品。单片机系统常用RAM芯片的典型型号有6616、6264、62128、62256。

第九章 89C51扩展I/O接口的设计

虽然89C51本身已有4个I/O口，但是真正用作I/O口线的只有P1的八位I/O线及P3口的某些位线。在多数应用系统中89C51单片机都需要扩展I/O口。89C51扩展I/O接口电路应满足以下要求：

1、实现和不同外设的速度匹配。

2、输出数据锁存。

3、输入数据三态缓冲。

每个I/O接口中的端口都要有地址，常用I/O端口编址方式有两种：独立编址、统一编址。89C51单片机使用的是统一编址。

为实现和不同外设的速度匹配，I/O接口必须根据不同的外设选择恰当的I/O

数据传送方式，有三种：同步传送、异步传送、中断传送。目前常用的外围I/O接口芯片有：82C55、81C55。

82C55具有3个8位的并行I/O口，三种工作方式，可通过编程改变其功能。方式0—基本输入/输出。方式1—选通输入/输出。方式2—双向传送（仅PA口）。81C55包含256B的RAM存储器，RAM的存取时间为400ns，两个可编程的8位并行口PA和PB，一个可编程的6位并行口PC，以及一个14位的减1计数器。PA和PB口可工作与基本输入/输出方式（同82C55的方式0）或选通输入/输出方式（同82C55的方式1）。81C55有两种工作方式：存储器方式和I/O方式。

在89C51单片机系统中有时还需要使用廉价的74LSTTL芯片来扩展并行I/O口。若串行口未被使用，使用串行口来扩展并行I/O口也是一种较好的扩展方案。

第十章 89C51与键盘、显示器、拨盘、打印机的接口设计

大多数的单片机应用系统，都需要配置输入外设和输出外设。常用的输出外设有LED显示器、LCD显示器、打印机等，常用输入外设有键盘、BCD码拨盘等。

LED分共阳极和共阴极两种，为8段或七段。LED显示器有两种工作方式：静态显示方式和动态显示方式。

在单片机系统中常用的键盘有两种：机械式按键键盘和薄膜键盘。常用键盘接口分两种：独立式键盘接口和行列式键盘接口。键盘的工作方式分三种：编程扫描方式、定时扫描方式、中断扫描方式。按键的确认一定要注意按键的消抖。在单片机应用系统设计中，一般把键盘和显示器放在一起考虑。此时可利用I/O芯片81C55或82C55来实现。也可用专用可编程键盘/显示器接口电路芯片Intel 8279和HD7279A。8279芯片是动态循环扫描显示方式，与89C51的接口需要8位数据线、段驱动器、位驱动器，还需扩充译码器。HD7279芯片可同时驱动8个共阴极LED显示器和64键的矩阵键盘，也是采用动态循环扫描显示方式，与89C51单片机间采用串行接口方式，仅占用4条口线，内部含有译码器及驱动器，能自动消抖和识别键值。性能要优于8279芯片。

LCD显示器具有功耗低，抗干扰能力强等优点，按排列形状可分为：字段型、点阵字符型、点阵图形型。在单片机应用系统中常用点阵字符型LCD显示器，使用时必须有相应的LCD控制器、驱动器来对LCD进行扫描、驱动，还要一定 空间的RAM和ROM来存储写入的命令和显示字符的点阵。

在单片机应用系统设计中多使用微型点阵式打印机，常用的有TPuP-40A/16A、GP16及XLF嵌入仪器面板上的汉字微型打印机。有时输入一些控制参数使用数字拨盘简单方便，最方便的拨盘是十进制输入、BCD码输出的BCD码拨盘。

第十一章 89C51单片机与D/A、A/D转换器的接口

D/A为数模转换器，主要技术指标为分辨率、建立时间和精度。常用的8位D/A转换器有DAC0832，它具有两个输入数据寄存器，电流输出，建立时间为1us，可双缓冲输入、单缓冲输入或直接数字输入，单一电源供电，功耗为20mW。DAC0832可以单、双极性电压输出。设计89C51与DAC0832的接口电路时，常用单缓冲方式或双缓冲方式的单极性输出。当8位DAC的分辨率不够用时，可以采用高于8位的DAC。如12位分辨率的电压输出型D/A转换器AD667。A/D为模数转换器，其种类很多，广泛应用于单片机应用系统的主要有：逐次比较型转换器、双积分型转换器、∑-△式转换器。主要技术指标为转换时间

和转换速率、分辨率、转换精度。常用的8位A/D转换器ADC0809是一种逐次比较型8路模拟输入、8位数字量输出的A/D转换器。ADC0809虽有8路模拟通道可以同时输入8路模拟信号，但每个瞬间只能转换一路。8位ADC不够用时可使用12位A/D转换器AD574A,它是12位逐次比较型A/D转换器。转换时间为15us,转换精度≤0.05%。具有三态缓冲电路，片内有高精度的基准电压源和时钟电路，所以AD574A可在不需要外加电路和时钟信号的情况下完成A/D转换。

双击分型ADC由于两次积分时间比较长，所以AD转换速度慢，但精度可以做的比较高，对周期变化的干扰信号积分为零，抗干扰性能较好。常用的有三位半的双积分型AD转换器MC14433和四位半的双击分型AD转换器ICL7135。第十二章 单片机的串行扩展技术

目前，单片机系统中使用的串行扩展方式主要有PHILIPS公司的I²C总线，DALLAS公司的单总线、Motorola公司的SPI串行外设接口。

单总线只有一条数据输入/输出线DQ，总线上所有器件都挂在DQ上，电源也通过这条线供给。单总线器件如：DS18B20。

SPI总线允许单片机与多个厂家生产的标准外围设备直接相连，以串行方式交换信息。SPI使用四条线：串行时钟SCK、主器件输入/从器件输出数据线MISO、主器件输出/从器件输入数据线MOSI和从器件选择线/CS。具有SPI接口的器件如：存储器MC2814、显示驱动器MC14499、MC14489等。

I²C总线用两条连线实现全双工同步数据传送，其中一条数据线SDA，一条时钟线SCL，所以连接到I²C总线上器件的数据线都接到SDA线上，各器件时钟线均接到SCL线上。它的运行由主器件控制。对于不带I²C总线接口的单片机可以使用普通I/O口采用软件模拟I²C总线时序的方法。具有I²C总线接口的器件如：PCF8553、MAX127/128、MAX517/518/

519、AT24C02等。第十三章 89C51单片机应用系统的设计与开发

单片机应用系统设计的步骤有四步：

（1）需求分析，方案论证和总体设计。

（2）器件选择，电路设计制作，数据处理，软件的编制。

（3）系统调试与性能测定。

（4）文件编制。

应用系统的硬件设计应注意以下几点：

（1）尽可能采用功能强的芯片。

（2）以软代硬。

（3）工艺设计。

应用系统的软件总体框架设计应从以下几方面加以考虑：

（1）根据软件功能要求，将系统软件分成若干独立部分。

（2）各功能程序实行模块化。子程序化。

（3）在编写软件之前，应绘制出程序流程图。

（4）要合理分配系统资源，包括RAM、ROM、定时器/计数器、中断源等。对于实时数据采集系统，为消除传感器通道中的干扰信号，除硬件上采用模拟滤波器外还可以采用软件滤波。软件滤波方法一般有：算术平均滤波、滑动平均滤波、中位值滤波、去极值平均滤波等。

篇6：gis原理与应用总结

1、传感器的定义：传感器（或敏感元件）基于一定的变换原理/规律将被测量（主要是非电量的测量，可采用非电量电测技术）转换成电量信号。变换原理/规律涉及到物理、化学、生物学、材料学等学科。

2、传感器的组成：传感器一般由敏感元件（将非电量变成某一中间量）、转换元件（将中间量转换成电量）、测量电路（将转换元件输出的电量变换成可直接利用的电信号）三部分组成，有的传感器还需加上辅助电源。

3、传感器的分类

按变换原理分类——>利用不同的效应构成物理型、化学型、生物型等传感器。

按构成原理分类：

结构型：依靠机械结构参数变化来实现变换。物性型：利用材料本身的物理性质来实现变换。

按输入量的不同分类——>温度、压力、位移、流量、速度等传感器 按变换工作原理分类: 电路参数型:电阻型、电容型、电感型传感器

按参电量如：Q（电量）、I、U、E 等分类:磁电型、热电型、压电型、霍尔型、光电式传感器

4、传感器技术的发展动向：

教材表述：发现新现象、开发新材料、采用微细加工技术、研制多功能集成传感器、智能化传感器、新一代航天传感器、仿生传感器

老师表述：微型化、集成化、廉价。第二章：传感器的一般特性

1、静态特性

检测系统的四种典型静态特性

线性度：传感器的输出与输入之间的线性程度。传感器的理想输出-输入特性是线性的。

灵敏度：系统在静态工作的条件下，其单位输入所产生的输出，实为拟合曲线上某点的斜率。

即S N=输入量的变化/输出量的变化=dy/dx

迟滞性：特性表明传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间输出-输入特性曲线不重合的程度。

（产生的原因：传感器机械部分存在的不可避免的缺陷。）

重复性：重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量程多次测量时所得特性曲线不一致程度。曲线的重复性好，误差也小。产生的原因与迟滞性类似。

精确度.测量范围和量程.零漂和温漂.2、动态特性：（传感器对激励（输入）的响应（输出）特性）

动态误差：输出信号不与输入信号具有完全相同的时间函数，它们之间的差异。包括：稳态动态误差、暂态动态误差

动态测试中的两个重要特征：时间响应、频率响应 第三章：传感器中的弹性敏感元件

1、什么叫敏感材料? 对电、光、声、力、热、磁、气体分布等待测量的微小变化而表现出性能明显改变的功能材料。

半导体材料最主要的特点是对温度、光、电、磁、各种气体及压力等外界因素具有敏感特性，是制造磁敏、热敏、光敏、力敏、离子敏等传感器件的主要材料。

2、引言：

（1）变形：物体在外力作用下，改变原来的尺寸和形状的现象。（2）刚度：弹性敏感元件在外力的作用下抵抗变形的能力（3）弹性元件：具有弹性变形特性的物体。

弹性敏感元件作用：把力、力矩或压力变换成相应的应变或位移;然后由各种转换元件，将被测力、力矩或压力转换成电量。

3、弹性敏感元件的基本特性：

（1）弹性特性：作用在弹性敏感元件上的外力与其引起的相应变形（应变、位移或转角）之间的关系。可由刚度或灵敏度来表示。

（2）刚度：弹性敏感元件在外力作用下抵抗变形的能力。dx dF x F k x = ⎪⎭⎫ ⎝⎛∆∆=→∆0lim（3）灵敏度是刚度的倒数

（4）弹性滞后：弹性元件在弹性变形范围内，弹性特性的加载曲线与卸载曲线不重合的现象。

（5）弹性后效：弹性敏感元件所加载荷改变后，不时立即完成相应的变形，而是在一定时间间隔中逐渐完成变形的现象。

（6）应力：反映物体一点处受力程度的力学量

（7）应变：用以描述一点处变形的程度的力学量是该点的应变（8）弹性模量=线性应力/线性应变

第四章：电阻应变式传感器

1、电阻应变片的种类（P63~P65）

丝式应变片：（1）回线式应变片（2）短接式应变片 箔式应变片 薄膜应变片 半导体应变片

2、应变效益：金属导体或半导体在受到外力作用时，会产生相应的应变（拉伸或压缩），其电阻也将随之发生变化。

通过弹性敏感元件转换作用，将位移、力、力矩、加速度、压力等参数转换为应变因此可以将应变片由测量应变扩展到测量上述参数，从而形成各种电阻应变式传感器。

第五章：电容式传感器

1、电容式传感器工作原理：由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器，当忽略边缘效应影响时，其电容量与真空介电常数、极板间介质的相对介电常数、极板的有效面积Ａ以及两极板间的距离d 有关：

d A C r εε0=

若被测量的变化使式中d、Ａ、三个参量中任意一个发生变化时，都会引起电容量的变化，因此可分为三种：

变间隙式、变面积式、变介电常数式。第六章：电感式传感器

（目测老师上课时没讲，之后视情况补充）第七章：压电式传感器

1、概念：压电式传感器是以具有压电效应的压电器件为核心组成的传感器，已被广泛应用于超声，通信，宇航，雷达和引爆等领域。

2、（1）正压电效应（压电效应）：

在电介质的一定方向上施加机械力而产生电的极化，导致两个相对表面（极化面）上出现符号相反的束缚电荷Q，且其电位移D 与外应力张量T 成正比：

D=dT（d —压电常数矩阵 即压电系数？）

当外力消失，又恢复不带电原状；当外力消失，电荷极性随之而变。（2）逆压电效应（电致伸缩）：

施加电场时，应变S 与外电场强度E 成正比：S= dE（d —逆压电常数矩阵 即压电系数？）

即能量类型转换： 电能量

教材表述：

x 轴平行于正六面体的棱线，称为电轴； y 轴垂直于正六面体的棱面，称为机械轴；

z 轴表示其纵向轴，称为光轴。

压电效应：这些物质（压电材料）在沿一定的方向受到压力或拉力作用而发生形变时，其表面上会产生电荷；若将外力去掉时他们又回到不带电的状态，这种现象就称为压电效应。在每一切片中，当沿电轴方向加作用力F 时，则在于电轴垂直的平面上产生电荷Q。

逆压电效应：在片状压电材料的两个电极面上，如果加以交流电压，那么压电片能产生机械振动，即压电片在电极方向上有伸缩的现象压电材料的这种现象称为“电致伸缩效应”，也叫“逆压电效应”。

3、相关传感器：压电式加速度传感器、压电式力传感器、压电式压力传感器、测力传感器

第八章：磁电式传感器

1、概念：磁电式传感器是利用电磁感应原理, 将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器。有时也称作电动式或感应式传感器。根据电磁感应定律, 当N 匝线圈在均恒磁场内运动时, 设穿过线圈的磁通为Φ, 则线圈内的感应电势e 与磁通变化率d Φ/dt有如下关系：

dt d N e φ-=

2、霍尔传感器（ppt 上没有相关内容，大家自己补充）第九章：热电式传感器

1、热电偶温度计（热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表）（1）组成：

热电偶（敏感元件）: 必须用两种不同的材料作热电极—>1 连接热电偶和测量仪表的导线（补偿导线及铜导线）—>2

测量仪表（动圈仪表或电位差计）—（2）结构：

热电偶是由两种不同材料的导体焊接而成；导体被称为热电极。工作端或热端：焊接的一端用来感受被测介质的温度。自由端或冷端：与导线相连端。（3）热电偶的基本原理：

①热电效应：在两种不同的金属所组成的闭合回路中，当两接触处的温度不同时，回路中就要产生热电势，称为Seebeck 电势。这一物理现象称为热电效应。回路的总热电势为：

αAB —为热电势率或Seebeck 系数，其值随电极材料和两接点的温度而定。热电效应产生的电势由珀尔帖效益和汤姆逊效应引起。

②接触电势（珀尔帖电势）——>珀尔帖效应

将同温度的两种不同的金属互相接触。由于不同金属内自由电子的密度不同，在金属A 和B 的接触处会发生自由电子的扩散现象，从密度大的A 扩散到B ；使A 带正电，B 带负电；直到在接点处建立了强度充分的电场，E AB(T

③温差电势——>Thomson效应

假设在一匀质棒状导体的一端加热，则沿此棒状导体有一温度梯度。导体内的自由电子将从高温端向低温端扩散，并在温度较低一端积聚起来，使棒内建立起一电场。当该电场对电子的作用力与扩散力相平衡时，扩散作用停

止，电场产生的电势称为Thomson 电势（温差电势）

。E A(T T T o 温差电势远小于接触电势，常把它忽略掉。回路的总热电势为：((,(0 0 T E T E dT T

T E AB AB T T AB AB-= =⎰α

(4插入第三种导线的问题:在热电偶回路中接入第三种金属导线对原热电偶所产生的热电势数值并无影响。不过必须保证引入线两端的温度相同。

(5补偿导线的选用:(工作端与冷端离得很近，而且冷端又暴露在空间，受周围环境温度的影响，冷端温度难以恒定。可以采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这种专用导线称为“补偿导线”。不同的热电偶所用的补偿导线也不同。

(6热电偶的温度补偿方法（教材上表述方法有些许不同，大家自己补充吧~）①0℃恒温法：在标准大气压下，将清洁的水和冰鞋混合后放在保温容器内，可使T 0保持0℃

②补正系数修正法：设冷端温度为t n，此时测得温度为t 1，其实际温度应为t= t1+kt n（k ：补正系数）③延伸电极法：原理为连接导体定律

④补偿电桥法：利用不平衡电桥产生的电压来补偿热电偶参考端温度变化引起的电势变化

（7）热电偶的使用误差

①分度误差：热电偶的分度是指将热电偶置于给定温度下测定其热电势，以确定热电势与温度的对应关系。

方法有标准分度表分度和单独分度两种。

②仪表误差δ=（T max-T min）K（式中T max、T min ：仪表量程上，下限；K ：仪表的精度等级。）③延伸导线误差：一种是由延伸导线的热特性与配用的热电偶不一致引起的；另一种是由延伸导线与热电偶参考端的两点温度不一致引起的。这种误差应尽量避免。

④动态误差

产生原因：由于测温元件的质量和热惯性，用接触法测量快速变化的温度时，会产生一定的滞后，即指示的温度值始终跟不上被测介质温度的变化值，两者之间会产生一定的差值。

修正方法：在热电偶测量系统中引入与热电偶传递函数倒数近似的RC 或RL 网络

⑤漏电误差

产生原因：随温度升高（特别是在高温时）时，绝缘效果明显变坏，是热电势输出分流。

（8）热电偶的基本定律（P158）：

①均质导体定律：两种均质金属组成的热电偶，其电势大小与热电极的直径、长度及沿热电极长度上的温度分布无关，只与热电极材料和两端温度有关。

②中间导体定律：在热电偶回路中插入第三、四„种导体，只要插入导体的两端温度相同，切插入导体是均质的，则无论插入导体的温度分布如何，都不会影响原来热电偶的热电势的大小。

③中间温度定律：热电偶在接点温度为T,T 0时的热电势等于该热电势在接点温度为T,T n 和T n，T 0时相应的热电势的代数和，即：E AB(T,T0=EAB(T,Tn +EAB(Tn ,T 0(9热电偶对热电极的材料的基本要求任意两种导体或半导体都能配成热电偶，当两个接点温度不同时就能产生热电势，但作为实用的测温元件，不是所有的材料都适于制作热电偶。基本要求是：

①热电特性稳定，即热电势与温度的对应关系不会变动 ②热电势要足够大，易于测量热电势，且课得到较高的准确度 ③热电势与温度为单值关系，最好成线性关系，或者是简单的函数关系 ④电阻温度系数和电阻率要小，否则热电偶的电阻讲随热端温度而有较大的变化，影响测量结果的准确性⑤物理成分稳定，化学成分均匀，不易氧化和腐蚀

⑥材料的复制性好

⑦材料的机械强度要高

2、两种热电式传感器的转换关系： 热电阻传感器（将温度变化转化为电阻变化）热电偶传感器（将温度变化转化为热电势变化）

3、热电阻传感器 电阻式测温系统是利用热电阻和热敏电阻的电阻率温度系数而制成温度传感器的。大多数金属导体和半导体的 电阻率都随温度发生变化，都称为热电阻。纯金属有整的温度系数，半导体有负的温度系数。（1）热电阻材料的特点： ①高温度系数，高电阻率 ②化学和物理性能稳定 ③良好的输出特性 ④良好的工艺性（2）热敏电阻的特点 ①负温度系数热敏电阻 a：电阻温度系数大，灵敏度高，约为热电阻的十倍。b：结构简单，体积小，可测量点温度。c：电阻率高，热惯性小，适宜动态测量。d：易于维护和进行远距离控制。e：制造简单，使用寿命长。②正温度系数热敏电阻 ③临界温度系数热敏电阻 第十章：光电式传感器

1、分类（光电式传感器是能将光能转换为电能的一种器件，简称光电器件。它的物理基础是光电效应）： 光电管 光电倍增管 光敏电阻 光敏二极管和光敏晶体管 光电池 光电式传感器的应用 光电耦合器件(补 测量非电量时:非电量的变化转化为光量 的变化，通过光电器件的作用，将光量的变化转换为电量的变化

2、光电式传感器利用的效应：光电效应，分为：外光电效应、内光电效应、阻挡层光电效应（光生伏打效应）（1）外光电效应：在光线作用下使物体的电子逸出表面的现象称为外光电效应。例如：光电管、光电倍增管（2）内光电效应：在光线作用下能使物体电阻值改变的现象称为内光电效应。例如：光敏电阻（3）在光线作用下能使物体产生一定方向的电动势的现象，称为阻挡层光电效应（光生伏打效应）。例如:光电 池、光敏晶体管等

3、光电管（充气光电管：玻璃泡内充少量惰性气体，提高光电管灵敏度，但稳定性、频率特性等较差）6 原理：当阴极受到适当波长的光线照射时便发射电子，电子被带正电位的阳极所吸引，这 样在光电管内就产生了电子流，在外电路中便产生了电流。

4、光电倍增管 它由光电阴极 K、若干倍增极 E1~E4 和阳极 A 三部分组成。光电阴极是由半导体光电材料制造的，入射光就 在它上面打出光电子。倍增极数目在 4—14 个不等。在各倍增极上加上一定的电压。阳极收集电子，外电路形成电 流输出。

5、光敏电阻（没有极性，纯粹是一个电阻器件）当无光照时，光敏电阻值(暗电阻很大，电路中电流很小，此时的电流称为暗电流。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻急剧减少，电路中电流迅速增加此时的电流称为亮 电流。光电流与暗电流之差，称为光电流。

6、光敏二极管和光敏晶体管（1）接法及原理：光敏二极管在电路处于反向偏置，在没有光照射，反向电阻很大，反向电流很小，这反向电流 称为暗电流。当光照射在 pn 结上，通过 Pn 结的反向电流也随着增加。如果入射光照度变化，通过外电路的光电流 强度也随之变动，可见光敏二极管能将光信号转换为电信号输出。（2）光敏晶体管与一般晶体管很相似，具有 2 个 pn 结。它在把光信号转换为电信号同时又将信号电流加以放大。又将信号电流加以放大。

7、光电池 7（1）工作原理：当光照到 pn 结上时，如果光子能量足够大，n 区和 p 区之间就出现电位差。用导线将 pn 结两端用 导线连接起来．电路中就有路流流过，电流的方向由 p 区流经外电路至 n 区。若将电路断开，就可以测出光生电动 势。（2）光电池对不同波长的光，灵敏度是不同的 第十一章：智能式传感器（这个好像也

没上。。）第十二章：光导纤维传感器

1、光纤传感器的工作原理 光纤波导原理：光纤波导简称光纤，它是用光透射率高的电介质(如石英、玻璃、塑料等构成的光通路。它由 折射率 n1 较大(光密介质的纤芯和折射率 n2 较小(光疏介质的包层构成的双层同心圆柱结构。n0 : 光纤周围媒质的折射率 n1：纤芯的折射率 n2：包层的折射率  : 光线纤端入射角 ：光线纤内入射角 ：光线与轴线的夹角 a : 纤芯半径 在光纤内传输的条件：

2、光纤的分类：    0（ 0：光线在纤芯 包层分界面的临界角。 纤芯直径 2a  2 ~ 12μm   单模光纤 纤皮折射率差   1 2  0.01 ~ 0.02   n1    纤芯折射率均匀  阶跃折射率光纤   纤芯与包层界面折射率 发生突变 按纤芯折射率分布  纤芯折射率不均匀  梯度折射率光纤 纤芯折射率按一定函数 关系沿光纤径向变化  

3、光调制与解调技术 所谓“调制”，是将被研究对象的信号（信息）通过载体传输出去。因此，光的调制过程就是将一携带信息的 信号叠加到载波光波上；完成这一过程的器件叫做调制器。

4、概念：纤传感器是通过被测量对光纤内传输光进行调制，使传输光的强度(振幅、相位、频率或偏振等特性发生 变化，再通过对被调制过的光信号进行检测，从而得出相应被测量的传感器。

5、光纤的特性（1）损耗：吸收损耗、散射损耗，物质的吸收作用将使传输的光能变成热能，造成光功能的损失。损耗的单位：dB／km（2）色散：所谓光纤的色散就是输入脉冲在光纤传输过程中，由于光波的群速度不同而出现的脉冲展宽现象 可分为：材料色散、波导色散（结构色散）、多模色散 8

6、光强度的外调制 光纤本身只起传光作用。这里光纤分为两部分：发送光纤和接收光纤。两种常用的调制器是反射器和遮光屏。反射式强度调制器：

7、信息容量用所能调制的频带宽度表示。载波信号的频率越高，获得的频带宽度越大信息传送容量越大。第十三章、第十四章可能不考。。第十五章：湿度传感器

1、湿度测量技术发展已有 200 多年的历史

2、绝对湿度表示单位体积空气里所含水汽的质量：ρ =Mv/V（Mv：被测空气中水汽质量；V：被测空气体积）相对湿度是气体的绝对湿度(ρ v与在同一温度下，水蒸汽已达到饱和的气体的绝对湿度(ρ w之